啤酒发酵车间设计 - 图文

万吨啤酒的发酵车间设计1

年产10

目 录

一、绪论........................................................................................................................ 3

（一）设计题目..................................................................................................... 3 （二） 参数........................................................................................................... 3 （三） 内容简介................................................................................................... 3 二、生产工艺简介........................................................................................................ 4

（一）全厂工艺流程图......................................................................................... 4 （二）原料............................................................................................................. 5 （三） 麦芽汁制备工艺....................................................................................... 6 （四）啤酒发酵................................................................................................... 10 三、车间物料衡算...................................................................................................... 14

（一）工艺计算................................................................................................... 14 （二）车间物料衡算表....................................................................................... 16 四、车间热量衡算...................................................................................................... 16

（一）工艺流程示意图....................................................................................... 16 （二）工艺计算................................................................................................... 17 （三）热量衡算表............................................................................................... 19 五、车间用水量衡算.................................................................................................. 19 六、设备计算与选型.................................................................................................. 21 七、设备装配图.......................................................................................................... 23 八、车间设备布置...................................................................................................... 25 九、设计总结.............................................................................................................. 27 十、参考文献.............................................................................................................. 28

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一、绪论

（一）设计题目

年产10万吨啤酒的发酵车间设计

（二）参数

1、每年生产300天，产品啤酒10o 2、定额指标：

原料利用率 98.5 % 麦芽水分 5 % 大米水分 12 % 无水麦芽出芽率 75% 无水大米浸出率 95 % 3、各生产阶段损失率：

麦芽汁冷却澄清损失：热麦芽汁量的5 % 主发酵损失：冷麦汁量的1.5% 过滤和灌装损失：啤酒量的2 %

（三）内容简介

随着中国经济的快速发展，人们生活水平的提高，啤酒作为含酒精量最低的饮料酒,由于其营养丰富且价廉物美已受到越来越多消费者的喜爱，已经逐步成为人们大众最喜爱的饮料之一。从1903年啤酒进入中国市场到今天，我国啤酒产量逐年增加，已成为世界啤酒产量最大的国家，由此可见啤酒在我国的发展速度之迅猛。然而，我国啤酒产量却仅以每年10%的速度增加，这说明啤酒在我国还无法完全满足人们日益增长的物质文化需求，中国啤酒市场拥有非常广阔的前景，为生产提供了可行性保证。

本设计为年产10万吨10°P啤酒厂发酵车间工艺设计，其生产原料为大麦

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麦芽和大米，生产旺季占全年产量的80%，全年生产天数为300天，设计的主体为发酵车间，主体设备为发酵罐。首先对原料、制备、糖化、发酵工艺进行选择及论证，再通过物料和热量衡算确定糖化车间主要设备的容量和数量，对发酵车间附属设备进行选型，对发酵罐进行结构及强度设计，在此基础上，对主体设备发酵罐进行设计计算，最后绘制出发酵车间设备平面布置图，发酵车间带控制点流程图和全厂工艺流程方块图。

二、生产工艺简介

（一）全厂工艺流程图

麦槽 酒花

↑ ↑

麦芽→粉碎→糖化→过滤→混合麦汁→煮沸→沉淀→冷 却→充氧→ ↑ ↓ ↓ ↓ 大米、麦芽→粉碎→糊化 酒花糟 热凝固 冷凝固物 扩培酵母 ↓

→麦芽汁→发酵→贮酒→粗滤→精滤→清酒→装瓶→卸箱→验瓶→

↓ 酵母泥 ↓

剩余酵母

→洗瓶→检验→罐酒→压盖→检验→杀菌→贴标→喷码→检验→装箱

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（二）原料

1、 麦芽

大麦是啤酒生产的最重要的原料，先将其制成麦芽，再用于酿酒，麦芽不仅含有较高的淀粉，而且为糖化生产提供了各种丰富的酶系和含氮物质，为后续发酵过程提供良好的物质基础。

现今社会的社会分工越来越细，各生产要素越来越专业化。本啤酒厂采用优质一级以上浅色麦芽，粒大皮薄，有明显的麦芽香味、无异味。 2、 酒花

酒花对啤酒的质量十分重要，它不仅赋予啤酒特殊的苦味，影响啤酒的口味和香气，能加速麦汁中高分子蛋白质的絮凝，能提高啤酒泡沫的起泡性和泡持性，能增加麦汁和啤酒的生物稳定性，而且有一定的防腐和澄清麦汁的能力。

啤酒厂直接使用酒花的比例越来越少，新的酒花制品不断受到厂家的欢迎。酒花制品具有以下优点：酒花制品所含有效苦味成分α－酸高，在无氧低温下储存，α－酸损失小，便于运输和长期储藏，费用低；酒花制品质量稳定；使用酒花制品可以提高有效成分利用率；酒花制品可实现自动计量添加。

酒花制品包括酒花粉末、颗粒酒花、颗粒酒花等。

酒花粉的体积比整酒花的体积并没有缩小太多，使用不方便，易损失，故较少使用。通常把粉状酒花加工成颗粒酒花。颗粒酒花与粉末酒花相比，体积和质量减少，便于运输和储藏。颗粒酒花已成为世界上使用最广泛的酒花制品，其产量已占全部酒花产量的50％以上。本设计采用颗粒酒花。 3、 酵母

酵母在麦汁中起物质转化作用。采用嘉士伯酵母，该酵母是汉生氏从丹麦嘉士伯啤酒厂分离培养出来。使用的酵母为嘉士伯一号，细胞椭圆形，菌体大小为（7－10）×（3－5）微米，发酵度高。 4、水

工厂用水一部分用于酿造啤酒，包括投料用水、洗槽水、啤酒稀释用水等，

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而大部分用于冲刷、清洗及冷却系统用水。

啤酒含量最多的成分是水。水中各种离子在一定程度上影响酵母的生产和啤酒的质量。

啤酒厂水源选择的依据是符合我国生活饮用水标准（GB5749－1985）；水量应充足稳定；冷却用水的水温越低越好；在符合经济性的前提下尽可能采用地下水，地表水水质不稳定。地表水最大的缺点是水中含有盐很少，水质软，缓冲能力差，一般pH值较低，对铁制和钢制设备有腐蚀作用。 5、 辅料

啤酒生产中的辅料有大米、玉米、小麦、糖和淀粉糖浆等。辅料的质量对啤酒的品质影响很大。麦芽的价格远高于不发芽的大米、玉米、小麦等谷物，在麦汁制造过程中采用合适比例的辅料，可提供廉价的浸出物或糖类，虽然增加辅料加工设备，加大热能消耗，有时要添加酶制剂等增大费用，但减少麦芽的使用量，总成本降低，所以使用辅料具有经济性。辅料在糖化时使用的配比在20％－50％之间。

大部分辅料含很少的可溶性氮，几乎没有增多麦汁中的含氮成分，所以可以降低麦汁总氮，提高啤酒的非生物稳定性[2]。

由于本啤酒厂地处南方地区，盛产大米。而且用大米作辅料生产的啤酒，色度低、口味清爽、泡沫细腻、非生物稳定性高，故采用大米作为辅料。

（三）麦芽汁制备工艺 1、原料的粉碎及输送

在啤酒生产中，不单要考虑物料粉碎操作的经济性，更应该考虑啤酒酿造的特殊要求：（1）麦芽皮壳若粉碎过细，会增加皮壳有害物质的溶解，影响啤酒风味。（2）皮壳和原料物质中不容性物质粉碎过细，会增加过滤阻力。影响过滤操作。（3）淀粉等储藏物质的粉碎细度，不但影响酶促反应速率，也影响到反应深度即影响到麦汁组成。

（1）麦芽的粉碎

麦芽粉碎的方法主要有：干法粉碎，湿法粉碎，回潮干法粉碎，以及连续调

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湿粉碎。

本设计采用麦芽湿法粉碎，湿法粉碎全部操作有：浸渍→磨碎→匀浆→泵出。在0.5-2小时内完成一批投料，根据日加工量，选择适当的机器台数。粉碎过程应尽量缩短麦芽在机器内的停留时间，以防止受到污染。湿法粉碎麦芽皮壳充分吸水变软，粉碎时皮壳不易磨碎胚乳带水研磨均匀，糖化速度快。湿法粉碎可提高过滤速度20%-25%或提高投料量，麦糟层厚度可达500-600mm , 但不影响过滤。

（2）大米的粉碎

大米采用对辊碎机进行干法粉碎，大米的粉碎度越细越好，以增加原料与水的接触面积，有利于大米的糊化和糖化。

2、糖化

糖化过程是利用麦芽中各种水解酶在适宜的条件下将原料中的不溶性高分子物质（淀粉、蛋白质等）分解为可溶性的低分子物质。 糖化方法包括以下几种：

煮出糖化法：一次煮出糖化法、二次煮出糖化法、三次煮出糖化法。浸出糖化法：升温浸出糖化法、降温浸出糖化法。其他方法：复式一次煮出糖化法、复式煮浸糖化法、谷皮分离糖化法、外加酶制剂糖化法、其他特殊糖化法。 煮出糖化法是指麦芽醪利用酶的生化作用和热力的物理作用 ，使其有效成分分解和溶解，通过部分麦芽醪的热煮沸、并醪，使醪逐步梯级升温至糖化终了。部分麦芽醪被煮沸次数则称为几次煮出法。

浸出糖化法是指麦芽醪只利用酶的生化作用，用不断加热或冷却调节醪的温度，使糖化完成。麦芽醪没有煮沸。

其他方法是由两种基本方法演变而来。当使用大米、玉米等不发芽谷物作为辅料时，要对辅料进行糊化和液化，采用复式糖化法。

由于浸出糖化法成本高，原料利用率低，且只适合酿造上面啤酒和低浓度啤酒，本设计不采用。而煮出法糖化法原料利用率高，糖化时间短，麦汁成份好，糖与非糖成分易控制，酿造出的啤酒有浓厚和杀口感觉，该工艺成熟，已被广泛使用。故本设计采用该法。

煮出糖化法，根据醪液煮沸的次数，常用的有一次和二次煮出糖化法。

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一次煮出糖化法：该法原料利用率不高，对麦芽质量要求高。但此法有3大显著优点：一是糖化时间短；二是过程简单，节约蒸汽和动力；三是煮沸时间短，麦皮浸出物少，因而麦汁色泽清而浅，啤酒味醇。由于原料供应商完全可以保证提供优质麦芽，故采用一次煮出糖化法。

二次煮出糖化法：此法灵活性大，适于各种质量的麦芽和类型的啤酒，其操作较简单，煮沸时间短，能耗较小，设备利用率高，生产周期短，成本低，但与一次煮出糖化法相比，这些方面都不比一次煮出糖化法理想，故不采用。

本设计采用二次煮出糖化法。 3、麦芽醪的过滤

糖化过程完成后，麦汁的组分基本确定，必须采用过滤方法将麦汁与麦糟尽快分离，得到清亮的麦汁和较高的麦汁收得率。要求麦汁清亮透明，无白色淀粉颗粒、麦皮等杂物，洗糟水清亮，无失光混浊，控制洗糟次数。

麦芽醪的过滤过程包括如下三个过程：

（1） 残留在糖化醪中的耐热性的α-淀粉酶，将少量的高分子糊精进一步液化，使之全部转变成无色糊精或糖类，提高原料浸出物收得率。

（2） 从麦芽醪中分离出“头号麦汁”。

（3） 用热水洗涤麦糟，洗出麦糟中的可溶性浸出物，得到“二滤、三滤”麦汁。麦芽醪的过滤工艺基本要求：迅速和较彻底地分解可溶性浸出物，尽可能减少有害于啤酒风味的麦壳多酚、色素、苦味物，以及麦芽中高分子蛋白质、脂肪、脂肪酸、β-葡聚糖等物质被萃取，尽可能获得澄清透明的麦汁。 过滤的方法主要有：

（1） 新型压滤机法：该法对麦芽粉碎度要求不很严格，过滤面积大，与旧式的过滤机不同，笨重的人工装卸已全部实行自动控制和机械化。水、电、汽的需求量比较均衡，高峰负荷降低，缩短了压缩时间，一天可过滤12次左右，提高了设备利用率，本设计采用板框式压滤机。

（2） 过滤槽法：新型过滤槽的生产能力较传统的麦汁过滤槽容量大，但对麦芽粉碎度要求严格，过滤、洗涤时间长，辅助原料用量相对少些，并且过滤速度慢，每24小时周转4次，成为麦汁制备的限制因素，故不采用。

4、麦汁煮沸和颗粒酒花添加

麦汁过滤结束后，麦汁先进入暂存罐，然后通过一薄板换热器预热后进入煮

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沸锅，在煮沸过程中添加颗粒酒花。煮沸可以蒸发水分浓缩麦汁，破坏酶的活性和杀菌，浸出酒花的有效成分，使蛋白质变性和絮凝。煮沸锅设内加热器，煮沸强度为10％，总煮沸时间为90 min。

煮沸时颗粒酒花分两次加入，第一次是在初沸后10 min加10％颗粒酒花，主要起消泡作用；第二次在煮沸1小时后加入剩余的颗粒酒花。使用时用手打开铝薄包装袋，把袋中的颗粒酒花直接加入煮沸锅中[6]。

绝大多数煮沸设备采用间接加热方式，热源有热水和蒸汽。热水的总热效率比蒸汽高20％，但对设备的加热器耐压性要求高，设备制造费用高，所以普遍使用蒸汽。

分批式麦汁煮沸，在一个有加热装置的特殊容器中进行，称煮沸锅。麦汁煮沸锅具有多种形式，本设计选用的是列管式内加热器圆形麦汁煮沸锅。采用列管加热，管内麦汁受热上升，在加热管上部喷出，底部麦汁不断进入加热管，麦汁形成对流，省去动力和搅拌系统。煮沸方法包括常压煮沸、加压煮沸和低压煮沸（体外煮沸）。

（1） 常压煮沸：工艺成熟，操作方便，维修费用低。酒花浸出率高，所得麦汁质量好。同时由于本设计每天的糖化次数不多，故采用该方法。

（2） 加压煮沸：在0.11～0.22 MPa压力下煮沸，温度高达120 ℃，缩短煮沸时间，获得更好的非生物稳定性。但降低了α－酸的浸出量和酒花的利用率，故本设计不采用。

（3） 低压煮沸：该方法设备复杂，能耗大，故不采用。 5、热凝固物的分离

热凝固物是麦汁煮沸过程中高分子氮凝聚而成的不溶性混合物，主要由直径为30—80 μm的蛋白质和多酚混合物组成。

迴旋沉淀槽是最常用的热凝固物分离设备，分离效果最佳。将煮沸好的麦汁以切线方向倒入回转沉淀槽，麦汁在槽内回旋运动，进料时间为15－20 min，停留30 min左右，麦汁从槽边麦汁出口流出，在离心的作用下，热凝固物下沉至槽底中心排出。

6、麦汁的处理

从煮沸锅放出的定型热麦汁，进入发酵以前还需要进行一系列处理：酒花糟

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分离，热凝固物分离，冷凝固物分离，冷却，充氧等才能成为发酵麦汁。近代的啤酒生产大大缩短了发酵和贮酒周期，发酵容器也增大到数百至上千立方米。啤酒发酵要求在低温下进行，所以麦汁要尽快冷却至发酵所需要的温度。最常用的麦汁冷却器是薄板冷却器。麦汁冷却方式有一段冷却和两段冷却。一段薄板冷却器无中间板，结构简单，节能和控制方面优于两段冷却薄板冷却器，故使用一段薄板冷却器。用3 ℃冰水冷却热麦汁，冰水被加热至75～80 ℃，可做洗槽用水。

酵母繁殖需要氧气，给酵母提供足够的氧气（无菌空气方式）有利于酵母繁殖和积累能量，并进入发酵阶段。为避免氧化作用，麦汁通风充氧须在麦汁冷却后进行。通风后的麦汁溶氧量一般在6～10 mg/L。过高会使酵母过度繁殖，产物减少，副产物增多。而酵母繁殖过少，则发酵速度慢，延长发酵周期。

（四）啤酒发酵

1、啤酒酵母的扩大培养

能使含糖液体自然发酵，生成二氧化碳和酒精，液面上形成“膜”，器底形成“沉淀”的生物，统称为“酵母”。广义上说，凡是单细胞、世代时间较长的低等真核生物，统称为“酵母”。

酵母的分类：a.夫罗贝尔酵母：发酵度高，沉淀慢而不凝集b.薛士酵母：发酵度低，凝集性强，沉淀快c.卡尔斯贝酵母：卡尔倍一号，发酵度高，沉淀慢；卡尔号二号，发酵度低，沉淀快。

首先用平板分离法获得优良的酵母菌株，然后进行实验室和生产现场的扩大培养。

实验室扩大培养：斜面试管→ 试管或富氏瓶培养→ 巴氏瓶或三角瓶培养→ 卡氏罐培养

生产现场扩大培养：汉生－库勒氏培养罐扩大培养→ 酵母扩大培养罐→ 酵母二级扩大培养罐→ 锥形罐

2、 啤酒发酵方法的选择

啤酒发酵因所用酵母的不同，分为上面发酵和下面发酵。前者采用上面酵母和较高的发酵温度，后者采用下面酵母和较低的发酵温度。下面发酵是普遍使用的啤酒生产方法。本设计采用下面发酵。

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啤酒的发酵方法有传统方法和现代方法。传统方法是将啤酒发酵分为前发酵(或主酵)和后发酵 (后贮)两个阶段;前酵池和后贮罐都放置在很大的冷藏室环境进行温度控制调节:酵母的繁殖和大部分可发酵性搪的代谢在前发酵阶段完成，剩余糖份分解、二氧化碳溶解、成熟和澄清在后发酵阶段完成。现代方法是以20世纪60年代广泛采用锥形发酵罐为代表，露天放置，酵母繁殖、降搪、成熟和澄清均在一个发酵罐中完成，叫做露天锥罐一罐法发酵。各发酵方法比较如下：

（1） 传统发酵法：啤酒质量好，工艺简单成熟，但周期长，投资大，占地面积大，工作环境差，不便于机械化、自动化生产，故不采用。

（2） 连续发酵法：发酵周期短，便于自动化控制，节省人力、厂房和用地，动力消耗低，但管理要求高，否则易污染，设备造价高，对酵母要求也高，产品质量差，工艺不成熟，故不采用。

（3） 固定化酵母发酵法：发酵周期短，设备简单，缩减酵母培养工艺，节省投资，减少占地面积，便于管道化生产，但工艺不成熟，啤酒性能不稳定，尚在试验中，故也不采用。

（4）下面发酵：传统的下面发酵法，主发酵容器安置在空气过滤，绝热良好和清洁卫生的发酵室内。室温保持5～6℃；采用开放式或密闭式、圆形或方形的主发酵容器。后发酵则设置在单独的贮酒室内，采用金属或木制的贮酒罐，作后发酵和贮酒用。贮酒室温保持在O～l℃。

下面发酵的工艺特点是：采用下面酵母，主发酵温度比较低，发酵进程比较缓慢，发酵的代谢副产物相对较少。主发酵完毕后，大部分酵母沉降发酵容器底部。 下面发酵啤酒的后发酵和贮酒期比较长，酒液澄清良好。C02饱和稳定，酒的泡沫细微，风味柔和，保存期较长。本设计采用下面发酵。

（5）上面发酵：啤酒发酵系以上面发酵为起源，而后由于选用的纯粹培养酵母不同，划分为上面发酵与下面发酵两种啤酒发酵类型。上面发酵在发酵外观、技术操作和发酵设备方面与下面发酵有所不同，但两者的发酵机理是一致的。

上面发酵系采用上面酵母，是在较高的温度(15～20℃)下进行的。酵母起发快，接种量可以减少，形成的酵母新细胞较多。发酵终了，大部分酵母浮在液面，酵母回收工作虽较下面发酵复杂，但酵母使用代数远较下面发酵为多，长久没有衰退现象。上面发酵酿制的啤酒成熟快，设备周转快，啤酒有独特的风味，但保

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存期短，故也不采用。 3、啤酒发酵工艺

传统式分批发酵，每批（一锅或两锅）定型麦汁，经过添加酵母，前发酵（酵母增殖），主发酵，后发酵和贮酒等阶段。相应的设备是：酵母添加器，前发酵池，主发酵池，后发酵罐和储酒罐。各段发酵均在有绝热维护层，并具有室温调节装置的的厂房内进行，一般分为前发酵室（7-8℃）主发酵室（6-7℃），后酵和储酒室（2-0℃）等部分。

本设计中选用的是圆柱锥底发酵罐。圆柱锥底发酵罐的优点有：加速发酵 C.C.T由于发酵基质（麦汁）和酵母对流获得强化，可加速发酵。厂房投资节省 C.C.T发酵可以大部分或全部在户外，而且罐数、罐总容积减少，厂房投资节省。 冷耗节省 C.C.T发酵冷却是直接冷却发酵罐和酒液，而且冷却介质在强制循环下，传热系数高。发酵罐清洗、消毒 C.C.T发酵可依赖于CIP自动程序清洗消毒，工艺卫生更易得到保证。该罐具有锥底，主发酵后回收酵母方便。罐身具有冷却夹套，冷却面积能够满足工艺上的降温要求，一般在圆柱体部分，视罐体高度，可分设2-3段冷却，锥底部分设有一段冷却，有利于酵母沉降和保存。圆柱锥底罐是密闭罐，可以回收二氧化碳，也可进行二氧化碳洗涤，可做发酵罐，也可做贮酒罐。

4、啤酒生产副产物的利用

麦槽的利用：麦槽是麦芽和大米在不发芽谷物原料在啤酒糖化中不溶解物质构成的。麦槽是有价值的饲料，有较高的蛋白质，并受到适度分解。

二氧化碳的回收：二氧化碳是啤酒发酵中最主要的副产物，二氧化碳也是重要的原材料。在过滤后的清酒中，直接充入二氧化碳，使啤酒在短时间内溶解和过饱和，简单而有效地控制成品啤酒中二氧化碳的含量。CO2回收处理系统是使用密闭式发酵容器时特有的附属设备，是锥形罐的配套设备。回收工艺主要有3种： 高压法：高压法CO2纯度低，操作强度大，储存方法单一，故也不采用。 低压法：该法产生的CO2一般不能以液态储藏，且如果无发酵气，就不能供气，故不采用。中压法：采用专用的无油CO2压缩机将CO2压缩净化后在冷冻系统进行净化，该法产生的CO2纯度高，储存效率高，使用方便。故本设计采用。其组成部分为：泡沫捕集器，贮气球，水洗塔，压缩站，干燥气，净化器，液化器，贮液罐，气化器。

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5、酵母的添加与回收

在麦汁进行充氧同时添加酵母，为了使酵母均匀分布在发酵罐中，酵母应在整个麦汁流入过程中均匀添加，接种量一般为（1.5～1.8）×107/mL麦汁，即约0.6～0.8L浓酵母泥/hL麦汁。种酵母要求：外观色泽洁白，凝聚性良好，无黏着现象，无杂质，无变异，镜检酵母细胞大小整齐，健壮，无杂菌感染，细胞活性97%以上，冷水低温保存时间不超过3天，使用代数不超过7代。沉降于发酵罐底的酵母可以分为三类：上层为轻质酵母，主要由落下的泡盖和最后沉降下来的酵母细胞组成，可做饲料或经行其它综合利用。中层为核心酵母，由健壮、发酵力强的酵母细胞组成，其量占65%～70%,可留作下批种酵母用。下层为弱细胞或死细胞，由最初沉降下来的颗粒组成，可作饲料或弃置不用。

6、啤酒的过滤

发酵完的啤酒—→冷却器—→处理罐—→薄板冷却器—→硅藻土过滤机—→纸板过滤机—→ 清酒罐

发酵出来的啤酒经酵母分离机分离出来后，进入一薄板冷却器，然后进入啤酒处理罐，进行CO2洗涤，再经一次冷却器，冷却至-1 ℃，经粗滤精滤后，送清酒罐然后包装。

啤酒过滤的主要方式有棉饼过滤机、硅藻土过滤机、纸板过滤机、双流过滤机、错流过滤机、无菌膜过滤机。现在普遍使用的是过滤设备是硅藻土过滤机、纸板过滤机和无菌膜过滤机。硅藻土过滤机作为啤酒的粗滤，纸板过滤机作为啤酒的精滤，无菌膜过滤机主要用于生产纯生啤酒。硅藻土过滤机主要有板框式、烛式、水平圆盘式三种，本设计采用板框式。 7、啤酒包装

过滤完的啤酒，在清酒罐低温存放准备包装，通常同一批啤酒应在24小时内包装完毕。均采用瞬时巴氏杀菌工艺技术和自动包装生产线。啤酒杀菌的目的是保证啤酒的生物稳定性，有利于长期保存。啤酒的包装形式有瓶装、易拉罐装和桶装三种形式，本设计生产的主要是瓶装啤酒包装应该保证产品的安全和清洁卫生，使其在储存、运输和销售过程中不致散失、损坏和变质，这是包装最基本的作用。美观大方的包装造型、生动形象的图案和新颖别致的装潢可以衬托产品形象，提高产品的附加价值。包装是“无声的推销员”，消费者通过包装可以了解产品，引起消费兴趣，激发购买动机，从而有利于扩大商品销售。

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三、车间物料衡算

（一）工艺计算

物料衡算是指理论上进行生产时，所要消耗的物料和可以得到的产品以及副产品的量，物料衡算的准确与否关系到整个生产工艺的合理性和设计的可行性，是整个设计阶段的重要一环。

生产旺季以150天计，占总量的80%，则旺季日产量为: 70000×80%÷150=373.33(吨/天)

设生产旺季每天糖化6次，旺季总糖化次数为6×150=900次（淡季根据需要酌情调整糖化次数），可算得每次糖化可产成品啤酒量（灌装后）为：

373.33÷6=62.2（吨/次）

由此可以算出每次投料量和其他项目的物料平衡： 1. 成品啤酒量（罐装前）：

62.2×1000÷（1-1%）÷1.010=62206.2（L）

2. 麦芽用量：

62206.2÷677.11×70=6430.9（kg）

3. 大米用量：

62206.2÷677.11×30=2756.1（kg）

4. 混合原料用量：

6430.9+2756.1=9187（kg）

5. 热麦汁量：

62206.2÷677.11×738.3=67827.7（L）

6. 冷麦汁量：

62206.2÷677.11×701.38=64435.9（L）

7. 湿糖化糟量：

62206.2÷677.11×89.72=8242.6（kg）

8. 湿酒花糟量：

62206.2÷677.11×4.43=406.98（kg）

9. 发酵液量：

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62206.2÷677.11×690.86=63469.4（L）

10.过滤酒量：

62206.2÷677.11×683.95=62834.6（L）

11.酒花量：

62206.2÷677.11×1.48=135.97（kg）

由于生产旺季占到全年产量的80%，由此可算得全年产量：

62206.2×6×150÷80%=69.98×106（L）

年实际产量为：

69.98×106×1010=7.07（万吨）

以单次糖化生产做基准，可算得各个项目全年状况如下： 1. 全年混合原料需要量：

9187×6×150÷80%=10.34×106（kg）

2. 全年麦芽耗用量：

6430.9×6×150÷80%=7.23×106（kg）

3. 全年大米耗用量：

2756.1×6×150÷80%=3.10×106（kg）

4. 全年酒花耗量：

135.97×6×150÷80%=1.53×105（kg）

5. 热麦汁量：

67827.7×6×150÷80%=76.31×106（L）

6. 冷麦汁量：

64435.9×6×150÷80%=72.49×106（L）

7. 全年湿糖化糟量：

8242.6×6×150÷80%=9.28×106（kg）

8. 全年湿酒花糟量：

406.98×6×150÷80%=4.58×105（kg）

9. 全年发酵液量：

63469.4×6×150÷80%=71.40×106（L）

10. 全年过滤酒量：

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62834.6×6×150÷80%=70.69×106（L）

11. 全年成品啤酒量：

62206.2×6×150÷80%=69.98×106（L）

（二） 10万吨啤酒厂糖化车间物料衡算表

物料名称

单位 ㎏ ㎏ ㎏ ㎏ L L ㎏ ㎏ L L L

对100㎏ 混合原料 100 70 30 1.48 738.3 701.38 89.72 4.43 690.86 683.95 677.11

对100L 10°P啤酒 14.77 10.34 4.43 0.218 109.04 103.58 13.25 0.654 13.25 0.654 102.03

糖化一次定额

10万吨/年 啤酒生产 10.34×106 7.23×106 3.10×106 1.53×105 76.31×106 72.49×106 9.28×106 4.58×105 71.40×106 70.69×106 69.98×106

混合原料 麦芽 大米 酒花 热麦汁 冷麦汁 湿糖化糟 湿酒花糟 发酵液 过滤酒 成品啤酒

9187 6430.9 2756.1 135.97 67827.7 64435.9 8242.6 406.98 63469.4 62834.6 62206.2

四、车间热量衡算

（一） 工艺流程示意图

自来水，18℃

糊化锅 糖化锅 大米粉 2756.1kg

麦芽粉 551.22kg 料水比 1:4.5 料水比 1:3.5 麦芽粉 6430.9kg T(℃，20分钟) 热水 50℃ 46.07℃ 60分钟

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13分钟 10分钟

70℃ 63℃，60分钟 T(℃) 12分钟 5分钟 90℃，20分钟 7分钟 100℃，40分钟 70℃，25分钟

20分钟 过滤 糖化结束 78℃ 100℃，10分钟

麦糟 酒花糟，热凝固物 冷凝固物

90分钟 麦汁 煮沸锅 回旋沉淀槽 薄板冷却器 酒花

去发酵罐 冷麦汁 （二）工艺计算 1、 糖化用水耗热量Q1

自来水温度t1=18°C，而糖化配料用水温度t2=50°C，一次耗热量为：

Q1=GWCW(t2-t1)= 35461.82×4.18×32=4743373.04(kJ)

2、 第一次米醪煮沸耗热量Q2

?+Q2??+Q2??? 由流程图可知：Q2=Q2? 糊化锅内米醪由初温t0加热到100℃耗热Q2?= G米醪×C米醪（100- t0） Q2??=V1I=606.3×2257.2=1368540.4（kJ） Q2式中，I为100°C下饱和气压下水的汽化潜热2257.2kJ/kg

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??? 损失热Q2 米醪升温和第一次煮沸过程的热损失约为前两次耗热量的15%，即：

?+Q2??）×15% ???=（Q2Q2由上述各项可得出：

?+Q2??）=1.15×（3600989.3+1368540.4） Q2=1.15（Q2 =5602987.13（kJ）

3、第二次煮沸前混合醪液升温至70℃的耗热量

麦醪初温t麦醪 可以算得麦醪温度为：

t麦醪=（G麦芽×C麦芽×18+ G2×CW×50）÷（G麦醪×C麦醪）

=（5879.68×1.71×18+20578.88×4.18×50）÷（26458.56×3.63） =46.67°C

1. 根据热量衡算，且忽视热损失，米醪与麦醪混合前后的焓不变，则米醪的中间温度t为：

t=（G混合C混合t混合-G麦醪C麦醪t麦醪）÷（G,醪C米醪） G,米醪=G米醪-V1=18190.26-606.3=17583.96（kg）

G混合=GW+G麦芽+G大米=35461.82+6430.9+2756.1=44648.82（kg）

t=（44648.82×3.68×63-26458.56×3.63×46.67）÷（17583.96×3.75）=89.01°C

混合醪从63℃升温到70℃所需要的热量：

Q3=G混合C混合×（70-63）=44648.82×3.68×（70-63）=1150153.6（kJ） 4 、第二次煮沸混合醪液耗热量Q4

Q3

??Q6??) Q6?115%(Q6=1.15×（7488167.04+22965068.8）

=35021221.22（kJ） 5、 一次糖化总耗热量

Q总

Q总?Q1?Q2?Q3?Q4?Q5?Q6

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=4743373.04+5602987.13+1150153.6+1745364.9+10714063.14 35021221.22 =58977163.03（kJ） （三）热量衡算表

小时最大消耗/kg 11135.04 每昼夜消耗/kg 172142.4 +

名称 蒸汽 规格（MPa） 吨酒消耗/kg 0.3（表压） 608.7 年消耗量/kg 43035600 五、车间用水量衡算 糖化用水

每小时最大用水量：35461.82÷0.5=70923.6（kg/h） 洗糟用水量

每100kg混合原料洗糟水用量为450，则洗糟水用量为：

9187×450÷100=41341.5（kg）

洗糟时间定为1.5h，则洗糟水最大用量为：41341.5÷1.5=27561（kg/h） 糖化室洗刷用水

糖化室及设备洗刷用水单次定为20吨，清洗时间为2小时，则：洗刷最大用水量为：20/2=10(t/h) 麦汁冷却器冷却用水

G水=21216473.28÷[4.18×(80-2)]=65.07(t/h) 澄清槽洗刷用水

单次洗刷耗水量为8t，洗刷时间为0.5小时，则有： 洗刷最大用水量为：8/0.5=16(t/h) 麦芽汁冷却器清洗用水

假设一次冲洗用水6t，清洗时间0.5小时，则： 最大用水量：6/0.5=12(t/h) CIP装置洗涤用水

设配洗液一次用水6t，用水时间为1小时，则：

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最大用水量为：6/1=6(t/h) CIP系统配洗液用水

配洗液用水每次用水20t，用水时间为1小时，则： 最大用水量为：20/1=20(t/h) 过滤冷却器洗刷用水

过滤冷却器洗刷用水为4t,洗刷地面用水为2t,用水时间为1.5小时，则：最大用水量（4+2）/1.5=4(t/h) 硅藻土过滤机洗刷用水

设硅藻土过滤机洗刷用水为10t，地面洗刷用水2t，用水时间1小时，最大用水量为12(t/h)。 清酒罐洗刷用水

每天洗刷清酒罐2个，用水量10t，地面清洗用水3t，用水时间1小时，则最大用水量为13(t/h)。 洗瓶机用水

洗瓶机最大生产能力按2000瓶/h计，单瓶清洗用量1.0kg，则总用水量为：2000×1.0÷1000=2(t/h)。 瓶装机洗刷用水

每冲洗一次用水5 t，冲洗时间为40分钟，则 最大耗水量为：5×60÷40=7.5(t/h) 杀菌机用水

杀菌机单瓶耗水量1kg，总耗水量为：20000×1÷1000=2(t/h)。 包装车间地面洗刷用水

包装车间地面洗刷用水为15 t，用水时间为0.5h，则 最大用水量为:15÷0.5=30(t/h) 发酵罐洗刷用水

一个发酵罐用水为3 t，每罐洗涤时间0.5 h.则 最大用水量为：3÷0.5=6(t/h) 其他用水

以上未计算的地面用水，管道冲洗用水，每班计20 t, 用水时间2小时，则

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每小时的用水量为：20÷2=10(t) 六、设备计算与选型 编号 1 2 3 4 5 6

设备名称 麦汁杀菌罐 汉生罐 酵母扩大培养罐 酵母二级扩培罐 酵母罐 酵母泥输送泵

数量 1 2 1 1 4 1 1 3 2 1 1 1 1 1 2 1 1 42 1 1 1

设备规范

φ600×615 V有＝0.3 m3 φ800×665 V有＝0.2 m3 φ1400×615 V有＝1.2 m3 φ2000×1480 V有＝1.5 m3 V有＝3 m3 V总＝3.6 m3 压力0.4 MPa 口径125×70 2.2 kw Q＝55.6 L/min φ1400×1400 V有＝2 m3 能力1.5 m3/h φ500 V=5 m3

流量5 m3/h H=25 m 1.5 kw 2860 rpm 压力0.4 MPa 口径125×70 2.2 kw Q＝55.6 L/min V有=60 m3 φ=4000 φ=30 m3/h H=23 m 5.5 kw 2860 rpm V有=105 m3 φ=3800 mm Q:40-80 m3/h H=45-90 m 380 V 3.0 kw 2900 rpm 生产能力 20 m3/h

配套电机2.2 kw 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

酵母种贮存罐 无菌水过滤口 无菌水箱 无菌水泵 电动机 酵母种输送泵 配套电机 酵母添加罐 酵母醪泵 电动机 锥形罐 嫩啤酒泵 电动机

20 酵母离心机

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21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

电动机 嫩啤酒冷却器 嫩啤酒泵 电动机 啤酒处理罐 啤酒冷却器 啤酒泵 电动机 硅藻土调和板 电动机 硅藻土罐

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 6 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

1.5 kw 2860 rpm 239，600 kcal/h F=38.5 Q:40-80 m3/h H:45-90 m 380 N 18.5 kw 2900 rpm

239,600 kcal/h F=38.5 m2 40-80 m3/h H=45-90 m 380 V 18.5 kw 2900 rpm 500 L

1.5 kw 0.55 kw 容积810 L

Q:40-80 m3/h H:45-91 m

V有=55 m3 φ=2800 m 能力1.5 m3/h φ=500 mm Q=50 t/h 0.6 MPa 22 kw 2900 rpm Q=40 t/h 0.4 MPa 15 kw 2900 rpm V有=50 m3 贮气筒φ500 V有=0.2 m3 φ600 H=1260 φ=700 柱高2335 φ=700 柱高2335 Q=1 m3/mm 压力8 kg/ m3 7.5 kw 725 rpm φ=500 mm 柱高400

φ=400 mm 总高2886 mm F=10 m2

32 啤酒泵 33 34 35 36 37 38 39 49 41 42 43 44 45 46 47

电动机 清酒罐 无菌水过滤机 冷洗涤液泵 电动机 热洗涤液泵 电动机 CO2贮气罐 氧化剂配制槽 氧化剂洗涤器 水洗涤器 CO2压缩机 电动机 汽水分离器 CO2冷却器

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七、设备装配图

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24

八、车间设备布置

车间布置设计的目的是对厂房的配置和设备的排列做出合理的安排，并决定车间、工段的长度、宽度、高度和建筑结构型式，以及各车间之间与工段之间的相互联系。

车间布置设计是公益设计中的重要组成部分，它关系着整个车间的命运。即使有了先进的生产公益流程及正确的设备选型和设计，而没有合理的车间布置相结合，生产也难以正常、顺利的进行，将会影响整个生产管理。 1．厂房的整体布置和轮廓设计

厂房的整体布置

本次设计针对大罐发酵工艺的啤酒厂，所以选用露天发酵，即发酵罐均置为除发酵罐和清酒罐以外的其他附属设备均置于厂房中。

厂房的立体布置

因为厂房内最高的麦汁杀菌罐差不多也有7m多高，为了空间足够，又柱顶标高为300mm的倍数，所以选用单层厂房的高为9m， 另外发酵罐虽为露天。

厂房的平面布置

厂房的平面布置形式，需按生产车间的组成以及建筑本身的可能性和合理性综合考虑，发酵工厂厂房外形多样，采用长方形设计。

单层厂房平面柱网的选择柱子的纵向横向定为轴线和相交，在平面上排列所构成的网络称为柱网，其是用来表示厂房跨度和柱距的厂房的外发酵罐的围墙长宽都大于18米，所以跨度和柱距都为6000mm。

厂房建筑结构

工业厂房有单层和多层，常用结构的型式有两种，排架结构和框架结构。钢筋混凝土排架结构是由屋面梁或屋架、柱和基础所组成，柱与屋架铰接，而与基础刚接。这种结构是目前单层厂房结构的基本形式。跨度可超过30m，高度可达20-30m或更大，吊车吨位可达150t或更大。

啤酒厂的糖化车间、发酵车间、麦芽车间、包装车间等都采用钢筋混凝土结构，全部承重构件都用钢筋混凝土制成构件。这种结构在发酵工厂应用十分普遍。

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2．发酵车间设备布置

发酵设备

啤酒厂目前普遍采用露天大罐发酵，由于发酵周期较长，发酵罐数量较多，一般呈二条或三条以上直线对称整齐排列布置，发酵罐罐壁间距（不包括保温层）应大于800mm，每两列发酵罐间应留有足够的通道，距离为1.5-2.0m左右（不包括保温层）。发酵罐一般固定在钢筋混泥土支座上。发酵罐的锥部应置于室内，此室为单层结构，洗涤剂及灭菌剂罐以及配套的泵和自控装置均置于室内。考虑锥底要排酵母和出酒液，因此锥底酒液出口离地高度应控制在1.0-1.5m左右，以便于操作。罐体的露天部分可设简易操作台，便于操作。

发酵罐数量较多，车间布置形式沿车间长度向四条直线整齐排列，发酵罐间距1.5 m，离墙间距1.5m，锥底离地面距离大概1.5m。

泵

泵是发酵工厂使用较多，按普通流体输送设备，泵也集中分布在一条直线上，泵头部集中于一侧。泵与泵的间距视泵的大小而定，一般不宜小于0.7m，双排泵之间的间距不宜小于2m，泵与墙间的间距至少为1.2m，泵还应布置在高出地面150mm的基础上，基础四周要考虑排液沟及冲洗用的排水沟。不经常操作的泵可露天布置，但电动机要设防雨罩。

过滤机

啤酒厂一般采用间歇式的板框过滤机较多。板框过滤机一般布置在室内，多台过滤机采用并列布置，以便过滤、清洗、出料等操作能交替进行。

设备布置所占用的面积，一般在过滤机周围至少要留出一个过滤机宽度的地方。用小车运送滤布、滤饼或滤板时，至少在其一侧留出1.8m净空位置。要设置滤布的清洗槽，并考虑清洗液的排放和处理。

在布置过滤机的同时，应考虑其他辅助设施，如真空泵、空气压缩机、送料泵等的布置。

清酒罐

立式贮罐布置时，按罐外壁取齐，卧室贮罐按封头切线取齐。

罐与罐之间的距离，在没有阀门或仪表时，容器之间的通道应不小于750mm，有阀门和仪表时，应保证操作通道净宽不小于1m。在有限长度内均匀

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布置多个贮罐时，如保证前述间距有困难，可把每两个贮罐作为一组紧靠布置，缩小间距，而组与组间的间距可适当加大，以便于操作、安装和维修。

液位计、进出料接管、仪表应尽量集中于贮罐的一侧，另一侧供通道与检修用。

立式贮罐安装高度应根据接管需要及输送泵的净正吸入压头的要求决定。卧式贮罐安装高度除按上述条件确定外，对多台不同大小的贮罐，其底部宜布置在同一标高上。 九、设计总结

能按照国家关于啤酒生产的相关规定和毕业设计任务书进行设计，根据生产规模等因素，对工艺进行论证，选择成熟的生产工艺。成熟、稳定的生产工艺对工厂的运行发展提供坚实的基础。原料的质量是保证啤酒质量的首要因素。糖化、麦汁煮沸、发酵是啤酒生产工艺中三个重要的物质转化过程。生产中降低能耗和生产副产物的回收与利用，能提高工厂的经济效益和社会效益。完成物料衡算、水、汽、冷、电、CO2用量的计算和设备的选型与计算，但计算和设备的选型需要完善。

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十、参考文献

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[2] Oluwole Olatunji, Adefunke C. Jibogun. Effect of Different Mashing Procedures on the Quality of Sorghum Beer. J. Am. Soc. Brew. Chem，1993,51: 67

[3] Dawn I. Reilly, Cormac O'Cleirigh, Padraig K. Laboratory-Scale Production of High-Gravity Wort Suitable for a Broad Variety of Research Applications. J. Am.Soc. Brew. Chem.，2004, 62(1):23-28

[4]刁玉伟.化工设备机械基础[M].大连：大连理工大学出版社，1998(8)51-347 [5] 丁浩.化工工艺设计[M].上海：上海科学技术出版社，1989 [6] 吴思方.发酵工厂工艺设计概论.北京:中国轻工业出版社,2006.7 [7] 黎润钟.发酵工厂设备.北京:中国轻工业出版社,2006

[8] 梁世忠.生物工程设备[M].北京：中国轻工业出版社，2005（2） [9] 程殿林.啤酒生产技术.北京:化学工业出版社,2005

[10] 顾国贤主编. 酿造酒工艺学[M ] . 中国轻工业出版社, 1996, 12. [11] 诸静等著. 模糊控制原理与应用[M ] . 机械工业出版社, 1998, 4. [ 12] 王建华等编著. 智能控制基础[M ] . 科学出版社,1998, 4.

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/3dlg.html